Rostoucí poptávka po laserovém 3D značení

Trh s laserovým značením se vyznačuje zvyšující se potřebou značit nebo texturovat nerovné povrchy,  jako jsou zakřivené, nakloněné a stupňovité povrchy,  objekty volného tvaru nebo zapuštěné povrchy. Tradiční laserové značkovače a integrované stroje jsou bohužel omezeny na rovné pracovní pole, které lze případně přizpůsobit pro jednoduché nakloněné roviny nebo válcové povrchy otáčením dílu během značení. Jediným způsobem jak značit složitější tvarované povrchy bylo dlouho využití nákladné a složitě programované robotiky a pětiosých strojů.

Společnost Coherent vyvinula automatizované "chytré" řešení nazvané SmartMap 3D, které kombinuje nový hardware a software - konkrétně osvědčenou metodu rychlého proměnného zaostřování a nového 3D strojové vidění, to vše pod kontrolou výkonného značicího softwaru VLM (Visual Laser Marker). Tato snadno použitelná kombinace nejenže zjednodušuje celý proces, ale také eliminuje náklady a čas na implementaci přesného upevnění, upnutí nebo umístění dílu. Protože je VLM nezávislý na typu laseru, lze SmartMap 3D použít k výrobě všech různých typů laserových značek, přesných povrchových úprav (např. zdrsňování a strukturování) a dokonce i k černému značení výrobků z nerezové oceli a hliníku pomocí ultrakrátkých pulzních (USP) laserů. Je k dispozici se všemi laserovými značkovači Coherent.

Překonání omezení tradičních systémů a subsystémů

S výjimkou značení pomocí vysokoenergetických pulzů z excimerových laserů je většina laserového značení založena na skenování zaostřeného laserového bodu přes značený povrch, někdy v kombinaci se spojitým nebo krokovým pohybem značeného dílu. Třemi hlavními optickými součástmi pro realizaci tohoto procesu jsou laser, dvě galvanometrická zrcadla pro ortogonální skenování paprsku v osách X/Y a čočka pro zaostření paprsku ve správné vzdálenosti Z, tj. na pracovní povrch. Čočka je obvykle v provedení f-theta. Na rozdíl od konvenční sférické zaostřovací čočky, která má zakřivenou ohniskovou rovinu, je f-theta čočka konstruována tak, aby vytvořila plochou ohniskovou rovinu, takže hloubka ohniska laserového paprsku je nezávislá na poloze napříč čočkou. To se skvěle hodí pro rovné povrchy, které jsou kolmé na směr laserového paprsku, ale malá hloubka ostrosti znamená, že se nehodí pro 3D značení, kde se vzdálenost od zaostřovací čočky k povrchu mění.

Dříve bylo nutné pro značení 3D povrchů měnit vzájemnou polohu laserového systému a dílu tak, aby vzdálenost mezi čočkou a právě značeným povrchem zůstávala konstantní. To je těžkopádné, nákladné, vyžaduje to složité programování a to vést k problémům s dosažením požadované přesnosti. SmartMap 3D nabízí alternativní řešení, které je mnohem jednodušší, rychlejší a ekonomičtější, protože díky použití modulu rychlého zaostřování umístěného v optice nevyžaduje pohyb optického systému ani dílu. V závislosti na konkrétních vlastnostech laseru a snímacího systému lze dosáhnout celkového rozsahu až ± 130 mm od jmenovité ohniskové vzdálenosti. Kombinace tohoto Z skenování s X/Y skenováním poskytuje možnost zaostřit laser v kterémkoliv bodu XYZ prostoru, aniž by se změnila velikost nebo tvar bodu.

 

(a) Typické nastavení 2D značení může vytvářet obsah věrný měřítku na rovné ploše. (b) V systému SmartMap 3D umožňuje použití modulu pro posun zaostření (FFM) vytvářet značky věrné měřítku nad cílovým objemem.

SmartMap 3D - kombinace hardwaru, softwaru a 3D strojového vidění

Dalším klíčovým prvkem pro jednoduché 3D značení je uživatelsky přívětivé softwarové prostředí   systému Visual Laser Marker (VLM), které automaticky kombinuje konfiguraci zaostřovacího modulu a pohybů galvanometru potřebných k vytvoření značky na obrobku. Uživatel tak pouze umístí značku na povrch pomocí intuitivního grafického uživatelského rozhraní. Nejintuitivnější metoda se nazývá projekční mapování, kdy je značka definována jako řada bodů, které jsou všechny na vektorech vzhledem k pevnému bodu pohledu. Pro pravidelná tělesa, jako jsou koule, kužely a krychle, může VLM vytvářet UV mapování. Zde je značka definována na sérii 2D (plochých) povrchových segmentů pomocí ortogonálních souřadnic U a V. To umožňuje použití stávajících souborů, jako jsou dokumenty pdf a dxf, a podporuje flexibilní obsah, jako jsou QR kódy, čárové kódy a související značky. V případě složitých tvarových obrobků nebo grafiky, která je ovinuta kolem dílů, mohou náročnější uživatelé upřednostnit import dat ze svého preferovaného softwaru CAD a následnou úpravu ve VLM. Možnosti 3D zobrazení ve VLM také poskytují zcela přesný náhled toho, jak bude díl po označení vypadat, a pomáhají umístit značky, vizualizovat úhel ořezu v nepravých barvách a dokonce nastavit pohyb os stroje - to vše v okně náhledu.

Třetí součástí systému SmartMap 3D je hardware - liniová kamera strojového vidění, která skenuje každý díl před označením. Ta je k dispozici ve dvou různých vlnových délkách, aby se přizpůsobila odrazivosti a barvě prakticky jakéhokoli označitelného materiálu. Integrace této součásti vidění umožňuje softwaru pro inteligentní značení zjistit tvar a orientaci dílů před značením, tedy trojrozměrné mračno bodů. Tyto výsledky se pak porovnávají s uloženými soubory modelu CAD pro daný díl. Míra shody je vyjádřena skórem v procentech. Grafické uživatelské rozhraní může volitelně zobrazit míru shody ve falešném barevném překrytí snímku (snímků) z kamery. Provoz může být automatizován tak, že pokud celková shoda překročí minimální skóre, stroj provede úlohu. Toto minimální přijatelné skóre je jedním z několika parametrů, které uživatel zvolí v uložené rutině pro každý typ úlohy. Případně může obsluha na základě náhledu grafického uživatelského rozhraní a skóre rozhodnout, zda zahájí označování nebo upraví polohu/sklon obrobku, aby dosáhla lepší shody. Mračno bodů lze také převést na 3D povrch a přímo použít ve VLM v případě, že není k dispozici model CAD. 

3D kamera umožňuje chytrému značicímu softwaru zjistit tvar a orientaci dílů před jejich označením v podobě trojrozměrného mračna bodů.

Inteligentní systém je schopen přizpůsobit se různým umístěním obrobku, aniž by bylo nutné přemisťovat laser nebo obrobek, protože bere v úvahu několik důležitých parametrů, včetně zkreslení projekce, úhlu oříznutí, vrcholového úhlu a orientace 3D povrchu.

K promítacímu zkreslení dochází při vyznačování "rovné" čáry při jiném než normálním dopadu na zakřivený povrch.

 

Při použití 3D značicího systému SmartMap od společnosti Coherent se do softwaru importuje model dílu CAD a uživatel umístí požadované značky na díl(y). Konečné výsledky ukazují, že k dosažení správné geometrie značky na obrobku je nutná korekce zkreslení.

Souhrn

Laserové značení nabízí jedinečné výhody při vytváření čísel, symbolů, log a další grafiky prakticky na jakémkoli typu materiálu. Doposud byla většina laserového značení omezena na rovné povrchy nebo jednoduché tvary. Značení na volných tvarech bylo pro mnoho potenciálních aplikací příliš složité a nákladné. To se nyní zcela změnilo; příchod inteligentního 3D značicího systému SmartMap 3D přináší tlačítkovou jednoduchost a automatizaci, čímž odemyká plný potenciál laserového značení pro odvětví, jako je automobilový průmysl, spotřební elektronika, spotřebiče a mnoho dalších.

Zdroj: Coherent.com